CN103117196A - 一种串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法 - Google Patents

一种串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法 Download PDF

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本发明涉及一种串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法。断路器包括并联的转换开关、转换电路和耗能器，转换开关采用机械开关；转换电路采用耦合电路，耗能器采用避雷器；高压直流断路器与控制电路连接，故障发生时，机械开关检测到故障电流，将故障电流转移到耦合电路中；故障电流为耦合电路中的电容器充电，并流经电感L1的电流变化，产生一个与故障电流方向相反的变化电流流经电感L2；故障电流和变化电流叠加；叠加后的电流在机械开关主回路上制造过零点从而断开机械开关；电容器两端电压达到避雷器动作电压时，避雷器动作，能量从避雷器泄放。本发明能满足快速切断故障电流需求，能够实现机械开关的无弧分断，控制方法简单易操作且功能全面。

Description

一种串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统断路器，具体涉及一种串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法。
背景技术
高压直流断路器在基于IGBT的多端柔性直流输电及直流电网系统中有着广泛地应用前景。传统的交流断路器主要是应用交流电流在每个周期内的两个电流零点来熄灭电弧，从而开断电流，而在直流系统中不存在自然过零点，因此高压直流断路器开断电流的困难在于如何快速熄灭电弧。直流断路器一般由转换开关、转换电路和耗能器三部分组成，如图1所示。其主要开断原理为：分闸时，电流先从转换开关转换到转换电路，然后转入耗能器耗散能量以耗散直流系统里的残余能量，最后使直流回路断开。
而现有的直流断路器采用断路器的电弧负阻特性与辅助支路电容电感谐振，从而在机械开关上制造过零点，实现分断，并且现有的直流断路器有谐振支路，有电弧，辅助支路电容电感容易产生谐振。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法，本发明采用串入耦合电感。耦合电感在机械开关主回路上产生两个方向相反的振荡电流，电流叠加，形成过零点，使机械开关能够在零电流时断开，从而快速切断故障电流。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种串入耦合电感高压直流断路器，所述断路器包括并联的转换开关、转换电路和耗能器，其特征在于，所述转换开关采用机械开关；所述转换电路采用耦合电路，所述耗能器采用避雷器；所述高压直流断路器与控制电路连接，所述控制电路控制机械开关在零电流时断开并切断故障电流、控制耦合电路在机械开关上产生两个方向相反的振荡电流，使电流叠加并形成过零点以及控制避雷器的能量泄放。
其中，所述耦合电路包括串联的电容和耦合电感，所述电容和耦合电感并联在机械开关两端。
其中，所述耦合电感由电感L1、电感L2和铁芯组成的变压器实现；所述电感L2的两端分别与机械开关和电容连接，所述电感L1的两端分别与机械开关和直流系统连接。
其中，并联在机械开关两端的电容器与所安装直流断路器的电力系统电抗产生谐振；
在故障发生时，所述耦合电感用于在机械开关上产生两个方向相反的振荡电流，使两个电流叠加，在机械开关主回路上制造过零点实现机械开关断开；
所述避雷器用于限制断路器两端电压。
其中，所述控制电路采用控制器。
其中，所述耗能器或采用可调电阻。
本发明基于另一目的提供的一种串入耦合电感高压直流断路器的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
（1）故障发生时，机械开关检测到故障电流，将故障电流转移到耦合电路中；
（2）所述故障电流为耦合电路中的电容器充电，故障电流流经电感L1的电流变化，利用耦合电感，产生一个与故障电流方向相反的变化电流流经电感L2；
（3）所述故障电流和变化电流叠加；
（4）叠加后的电流在机械开关主回路上制造过零点从而断开机械开关；
（5）所述电容器两端电压达到避雷器动作电压时，控制电路控制避雷器动作，能量从避雷器泄放。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法，能满足快速切断故障电流需求，能够实现机械开关的无弧分断，控制方法简单易操作且功能全面。
2、本发明采用耦合电感L1和L2在机械开关主回路上产生两个方向相反的振荡电流，电流叠加，形成过零点，使机械开关能够在零电流时断开，从而快速切断故障电流，并且本拓扑中没有谐振回路，避免了辅助支路电容电感谐振。
3、本发明提供的串入耦合电感高压直流断路器无需时序调节，控制简单。
4、本发明提供的串入耦合电感高压直流断路器新颖简洁，节省成本。
附图说明
图1是直流断路器基本原理图；
图2是本发明提供的串入耦合电感高压直流断路器拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的串入耦合电感高压直流断路器拓扑结构如图2所示，断路器包括并联的转换开关、转换电路和耗能器，转换开关采用机械开关；所述转换电路采用耦合电路，所述耗能器采用避雷器；所述高压直流断路器与控制电路连接，所述控制电路控制机械开关在零电流时断开并切断故障电流、控制耦合电路在机械开关上产生两个方向相反的振荡电流，使电流叠加并形成过零点以及控制避雷器的能量泄放。
耦合电路包括串联的电容和耦合电感，电容和耦合电感并联在机械开关两端。耦合电感由电感L1、电感L2和铁芯组成的变压器实现；所述电感L2的两端分别与机械开关和电容连接，所述电感L1的两端分别与机械开关和直流系统连接。
并联在机械开关两端的高压电容器的作用是与系统电抗产生谐振。耦合电感L1和L2的作用是故障时在机械开关主回路上产生两个方向相反的振荡电流。直流系统正常运行时，流经电感L1的电流为无变化的直流电流，则无电流流经电感L2。当故障电流发生时，流经电感L1的电流变化，利用耦合电感，产生一个与故障电流方向相反的变化电流流经电感L2。实现两个电流叠加，在主回路上制造过零点从而断开机械开关。避雷器的作用是限制断路器两端电压。
本发明还提供了串入耦合电感高压直流断路器的控制方法，具体包括下述步骤：
（1）故障发生时，机械开关检测到故障电流，将故障电流转移到耦合电路中；
（2）所述故障电流为耦合电路中的电容器充电，故障电流流经电感L1的电流变化，利用耦合电感，产生一个与故障电流方向相反的变化电流流经电感L2；
（3）所述故障电流和变化电流叠加；
（4）叠加后的电流在机械开关主回路上制造过零点从而断开机械开关；
（5）所述电容器两端电压达到避雷器动作电压时，控制电路控制避雷器动作，能量从避雷器泄放。
本发明提供的串入耦合电感高压直流断路器及其控制方法，能满足快速切断故障电流需求，能够实现机械开关的无弧分断，控制方法简单易操作且功能全面。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种串入耦合电感高压直流断路器，所述断路器包括并联的转换开关、转换电路和耗能器，其特征在于，所述转换开关采用机械开关；所述转换电路采用耦合电路，所述耗能器采用避雷器；所述高压直流断路器与控制电路连接，所述控制电路控制机械开关在零电流时断开并切断故障电流、控制耦合电路在机械开关上产生两个方向相反的振荡电流，使电流叠加并形成过零点以及控制避雷器的能量泄放。
2.如权利要求1所述的串入耦合电感高压直流断路器，其特征在于，所述耦合电路包括串联的电容和耦合电感，所述电容和耦合电感并联在机械开关两端。
3.如权利要求2所述的串入耦合电感高压直流断路器，其特征在于，所述耦合电感由电感L1、电感L2和铁芯组成的变压器实现；所述电感L2的两端分别与机械开关和电容连接，所述电感L1的两端分别与机械开关和直流系统连接。
4.如权利要求1所述的串入耦合电感高压直流断路器，其特征在于，并联在机械开关两端的电容器与所安装直流断路器的电力系统电抗产生谐振；
在故障发生时，所述耦合电感用于在机械开关上产生两个方向相反的振荡电流，使两个电流叠加，在机械开关主回路上制造过零点实现机械开关断开；
所述避雷器用于限制断路器两端电压。
5.如权利要求1所述的串入耦合电感高压直流断路器，其特征在于，所述控制电路采用控制器。
6.如权利要求1所述的串入电容式高压直流断路器，其特征在于，所述耗能器或采用可调电阻。
7.一种串入耦合电感高压直流断路器的控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
（1）故障发生时，机械开关检测到故障电流，将故障电流转移到耦合电路中；
（2）所述故障电流为耦合电路中的电容器充电，故障电流流经电感L1的电流变化，利用耦合电感，产生一个与故障电流方向相反的变化电流流经电感L2；
（3）所述故障电流和变化电流叠加；
（4）叠加后的电流在机械开关主回路上制造过零点从而断开机械开关；
（5）所述电容器两端电压达到避雷器动作电压时，控制电路控制避雷器动作，能量从避雷器泄放。
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